超長混凝土結構裂縫的產生原理及控制方法

劉佳 姚俊宇

摘 要：現代建筑工程中，超長混凝土結構日益增加，從而引發混凝土裂縫問題大量增加。本文通過分析混凝土的結構特性、裂縫產生的原理，淺談在結構設計中超長混凝土裂縫的解決方法。

關鍵詞：超長混凝土；裂縫；后澆帶

隨著我國綜合國力的不斷增強和社會經濟建設的極速發展，我國的建筑逐步向大型化和多功能化發展，長度超百米的大型混凝土結構比比皆是。

1 混凝土概述

混凝土是一種凝膠體人造石料。超長混凝土結構具有體量大、結構受力復雜、局部荷載大、混凝土強度高等特點，極易產生裂縫，要有效控制混凝土結構有害裂縫的出現。

2 混凝土裂縫分類及產生原理

2.1混凝土結構的裂縫分類

（1）微觀裂縫：肉眼看不見的裂縫，在混凝土結構中的分布不規則、不貫通。

（2）宏觀裂縫：肉眼看得見的裂縫，一般不小于0.05mm。混凝土結構宏觀裂縫產生的原因主要有三種：1、外荷載引起的裂縫；2、次應力引起的裂縫；3、變形應力引起的裂縫，這是由溫度、收縮、膨脹、不均勻沉降等因素引起結構變形，當變形受到束縛時產生應力，當次應力超過混凝土抗拉強度時就產生裂縫。

2.2 混凝土的外荷載、地基變形、溫度收縮是超長混凝土結構裂縫產生的主要原因。

2.2.1 由外荷載引起的裂縫

混凝土構件受外荷載作用，截面的拉應力超過混凝土的抗拉強度，截面產生裂縫，設計中可通過選擇合理選擇構件截面，混凝土強度等級，鋼筋強度、數量和直徑，通過計算把裂縫寬度控制在合理的寬度范圍內。

2.2.2 地基變形引起的裂縫

由于基礎的水平位移或豎向不均勻沉降，使結構產生附加應力，超出混凝土的抗拉能力，使混凝土產生裂縫，由于地基變形導致的結構裂縫，可以通過增加下部結構剛度以及協調上部結構和下部結構的變形情況，能夠較好的控制這類裂縫的出現。

2.2.3 混凝土干燥凝結及溫度變化裂縫

混凝土在凝結過程中，內部游離水會由表及里逐漸蒸發，導致混凝土由內而外逐漸發生干燥收縮形變，溫度變化時混凝土會發生熱脹冷縮的溫度形變，當這兩種形變受到約束后，在結構內部就會產生收縮應力和溫度應力，當這兩種應力分別超過混凝土的抗拉強度時會使混凝土裂開形成收縮裂縫或者溫度裂縫。超長混凝土結構中較常見的是在兩種應力共同作用下產生的溫度收縮裂縫。

（1）干燥收縮形變：大多數混凝土最后的收縮應變約3～5×10-4，特點是前期收縮快，6個月可完成第一年收縮量的85%左右，一年后持續發展但由收縮應變產生的形變效果很小。影響原因主要有混凝土強度等級，水灰比，水泥品種，坍落度，養護程度和體表比。

（2）溫度變形：混凝土溫度脹系數為10X10-6/?C，，溫度每升高或降低10?C，混凝土會產生0.01%的膨脹或收縮，其形變由溫差變化而產生變化，大多在混凝土凝結至結構使用期間發生。影響原因有四季溫度變化，室內外溫差等。

（3）溫度收縮裂縫特點：1）溫度收縮時干燥收縮和溫度形變同時發生而產生的，他的分布大多數為干燥收縮和溫度變形產生的裂縫的疊加，由于環境濕度和溫度的改變發生變化，隨時間變長而逐漸增多，干燥收縮裂縫或者溫度裂縫二者中發生一種的開裂和危害程度遠遠不及溫度收縮裂縫嚴重。2）按照實際結構構件裂縫發生的的時間、進展和變化、還有位置、形狀、尺寸等特點。大多可以歸類為以干燥收縮形變為主或以溫度形變為主，實際項目中常出現的是以干燥收縮形變為主的溫度收縮裂縫，大多出現在混凝土澆筑后一年內，主要產生于半個月到數月之內。3）重點危害的位置及構件是底層和頂端幾層的梁板和基礎梁、挑檐等裸露在外的結構構件。4）梁板裂縫有不同的分布和特點，梁縫大多數垂平行于橫向，分布在側面， 呈現梭形，表現為表面，深入或貫通。單向板縫以同寬度垂直長邊。雙向板縫比單向板縫更嚴重，橫豎相交，無規律，大多數為貫通的，板面縫寬度大多數大于板底縫。

因此在混凝土結構中裂縫是絕對存在的，只是應將裂縫控制在規范要求的范圍內，以防產生有害裂縫。

3 超長混凝土結構裂縫的控制方法

3.1 布置后澆帶

布置后澆帶是《高層建筑混凝土結構技術規程》中的一經常被結構設計者使用的方法，鑒于混凝土前期收縮變化大的特點，設計思路主要為放大。一旦設計施工處理不完善，不僅起不到設想的效果，還產生結構隱患。鑒于這些問題對于后澆帶的具體布置提出幾點想法：

（1）間距：高規規定為30米到40米。建議結合具體工程的長度、環境氣候特征綜合考慮，大多數工程應控制在30米以內。

（2）選位： 1）跨度較小的梁開間或承受荷載較小的部位，大多數設置在梁跨度1/3的位置 。2）平面布置時要注意梁的布置，后澆帶宜平行于大多數梁，避免截斷太多根梁。

（3）根據體情況可沿平面折線布置。 1）寬度：高規規定0.8米至1米寬。建議設定的寬度要滿足鋼筋搭接要求。可以大于1米寬。2）鋼筋：現在對后澆帶內梁縱鋼筋處理有兩種做法。

（4）梁、板鋼筋先斷開后搭接（高規要求），因為梁鋼筋搭接難度大，質量不容易保證，給結構造成安全隱患。

（5）板鋼筋斷開，梁鋼筋通長不斷。目前大多數工程采用此方法，但因為截斷梁數量大時，鋼筋全部不斷會束縛混凝土收縮，無法達到預期效果。

依據以往工程的處理方式，梁上部鋼筋、梁腰筋、板、墻鋼筋打斷后錯開搭接或必要時搭和補焊同時使用。梁下部鋼筋不斷，適當增加配筋。這樣可以同時減少梁鋼筋全部不斷對混凝土收縮形變的束縛和避免梁鋼筋全部斷開后的鋼筋搭和焊接困難，這樣的處理方式我從2005年以來在很多工程中應用，得到了很好的效果。

1）澆筑時間：高規要求，宜在主體施工結束兩個月后進行，而且澆筑時的環境溫度最好對于主體結構澆筑時的問題。因為混凝土前期收縮量較大，一年的收縮量中， 15天占35%左右，一個月的占50%左右，二個月占60%左右，六個月占85%左右，所以按高規要求施工，應保證兩個月后進行。2）后澆混凝土：應使用微膨脹混凝土或者無收縮混凝土，強度等級應比主體結構的強度等級提高一級。

4 總結

（1）本文從設計角度淺析了超長混凝土結構裂縫產生的原理、分類、預防或減輕的技術措施。

（2）目前在超長混凝土結構中溫度收縮裂縫是我國大部分地區工程中較普遍的同時日益增加的一種裂縫，這種裂縫的危害程度較大和高規的要求，設計工作者應充分考慮應對措施。